(57)【要約】【課題】    反射部と透過部とでそれぞれに適した特性を有するカラーフィルター層を１つの表示画素内に形成し、反射と透過の両方で明るさと色純度の優れた表示を実現したカラーフェルター層を形成した半透過型液晶表示装置を提供すること。【解決手段】    液晶層を挟んで互いに対向して配置される第１、第２の基板を有し、前記第１の基板上には、１画素内に補助容量電極Ｃｓ及び外光を反射する反射部Ｒとバックライトからの光を透過する透過部Ｔとを有する画素電極が形成され、前記第２の基板上には、カラーフィルター層ＣＦが形成されている半透過型液晶表示装置において、前記第２の基板上における前記補助容量電極Ｃｓに対向する領域には、カラーフィルター層ＣＦが形成されない領域ＣＦＨが形成されている。  このカラーフィルター層ＣＦが形成されない領域ＣＦＨは、スリットや、円形乃至四角形状のピンホールにより形成される。【選択図】        図１
2005157103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶層を挟んで互いに対向して配置される第１、第２の基板を有し、前記第１の基板上には各画素内に補助容量電極と、外光を反射する反射部とバックライトからの光を透過する透過部とを有する画素電極が形成され、前記第２の基板上にカラーフィルター層が形成された半透過型液晶表示装置において、前記補助容量電極は前記画素電極の反射部の下方に位置し、前記第２の基板上の各画素内には、カラーフィルター層が形成されていない領域が設けられ、カラーフィルター層が形成されていない領域が前記補助容量電極の上方に配置されていることを特徴とする半透過型液晶表示装置。
【請求項２】
前記カラーフィルター層が形成されていない領域の面積は、前記補助容量電極の面積の１〜０．１倍の範囲内に選定されることを特徴とする請求項１記載の半透過型液晶表示装置。
【請求項３】
前記カラーフィルター層が形成されていない領域は、所定の幅長を有するスリットであり、前記スリットの長さ方向の中心線が前記補助容量電極上に位置していることを特徴とする請求項１又は２記載の半透過型液晶表示装置。
【請求項４】
前記カラーフィルター層が形成されていない領域は、所定の大きさを有する円形乃至四角形状のピンホールで形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の半透過型液晶表示装置。
【請求項５】
前記ピンホールは、１個乃至複数個であることを特徴とする請求項４記載の半透過型液晶表示装置。
【請求項６】
前記反射部は、光を拡散させるように凹凸構造により構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半透過型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型と透過型の両機能を併せもった半透過型液晶表示装置に係り、特に色純度が高く明るいカラー表示を実現した半透過型液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
反射型と透過型との両方の機能を併せもった液晶表示装置、いわゆる半透過型液晶表示装置は、１つの表示画素に外光を反射する反射部と、バックライトからの光を透過する透過部とを形成し、周囲が暗いときは、透過部を透過するバックライトからの光を利用して画像表示を行い、また、外光が暗いときは、透過部を透過する光と反射部により反射した外光とを利用して画像表示を行い、更に、外光が明るいときは、反射部により反射した外光により画像を表示しているため、外光の明るさに拘わらず、常に優れた画像表示が可能になり、しかも、常時、バックライトを点灯する必要がなくなるので、消費電力を大幅に低減させることができる利点を備えている。
【０００３】
しかし一方で、この半透過型液晶表示装置でカラー表示をしようとすると、反射部と透過部とでカラーフィルターの透過率が異なってしまうので、透過型と反射型との両方で明るく色純度が高いカラー表示を実現することが難しくなっている。すなわち、カラー表示を可能とした半透過型液晶表示装置では、各画素の反射電極及び透過電極の全領域にカラーフィルター層をオーバーラップしているので、透過部に対応するカラーフィルター層においては、バックライトからの光の透過が１回であるのに対し、反射部に対応するカラーフィルター層では、外光が入射する際と出射する際との２回透過することになる。そのため、カラーフィルターの透過率は、視感度補正後でも約３０％程度となっていることから、これをそのまま反射型の液晶表示装置におけるカラーフィルターとして用いると、透過率は約１７％程度に低下して、非常に暗いディスプレイとなってしまい、透過型と反射型との両方で明るく色純度が高いカラー表示を実現することができない。
【０００４】
この課題を解決する方法としては、透過率が高くて明るく、且つ色純度が低いカラーフィルターで混色する方法、或いはカラーフィルター基板上の反射部に対応する領域に色純度の高い透過型用のカラーフィルター層を形成した領域と、カラーフィルター層を形成しない領域とを設けて、カラーフィルター層を形成しない領域で白を表示させ、色純度の高いカラーフィルター層と混色する方法が知られている。後者の方法を採用した半透過型液晶表示装置は、例えば、特許文献１で紹介されている。
【０００５】
図５、６は、上記特許文献１に記載された半透過型液晶表示装置であって、図５は液晶パネルの拡大平面図、図６は図１のＡ−Ａ’線部分の断面図である。なお、図５の平面図では、画素電極とカラーフィルター層との位置関係を判り易くするため、カラーフィルター基板側の透明電極や液晶層および遮光層や配向層の記載が省略されている。
【０００６】
この半透過型液晶表示装置７０は、図６に示すように、液晶層５５を介在して対向配置された一対の基板５１、５２を備え、一方の下側基板５１上には、縦方向に形成された信号電極７１と横方向に形成された走査電極７２、並びにこれらの電極７１、７２の交差部近傍に薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと言う）７３と画素電極５３、５８とが形成されている。画素電極５３、５８は、２種類の材料からなり、一方の画素電極５３はＡｌ合金を用いた反射電極で形成され、他方の画素電極５８はＩＴＯを用いた透明電極で形成されている。
【０００７】
また、図中の符号６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃは、それぞれＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルター層であり、透明電極５８は全領域においてオーバーラップされているが、反射電極５３は、この反射電極５３の全面積に対して約８７．５％の割合でストライプ状にオーバーラップされている。
【０００８】
他方の基板５２はカラーフィルター層が形成されるカラーフィルター基板であって、図６に示すように、この基板５２上には、領域Ｂを除いてカラーフィルター層６１が形成されている。図中の符号５４は対向電極、５６は偏向板、５７は１／４波長板を示している。
【０００９】
この構成によると、カラーフィルター基板５２上の反射電極５３に対応する領域のうち、カラーフィルター層６１が形成されていない領域Ｂの面積を変えることにより、色純度及び明るさを自由に設定することが可能になり、また、この面積が大きくなるのに比例して明るさが増加し、反面色純度は低下するので、この値を、液晶表示装置の使用目的に合わせて自由に設計できる。したがって、カラーフィルター基板５２上に、カラーフィルター層６１が形成されていない領域Ｂを形成することにより、カラーフィルター層６１が形成されていない領域Ｂと色純度の高いカラーフィルター層６１とを混色することで、反射部と透過部とを備えた半透過型液晶表示装置の反射領域において必要な明るい表示を実現することを可能となる。
【００１０】
しかしながら、この構成ではカラーフィルター層６１が形成されている液晶層５５の層厚と、カラーフィルター層６１が形成されていない領域Ｂの液晶層５５の層厚が異なっているため、それぞれの領域におけるリタデーションが異なっている。すなわち、カラーフィルター層６１が形成されている液晶層５５の層厚をｄＴ１で表し、カラーフィルター層６１が形成されていない領域Ｂの液晶層５５の層厚をｄＴ２で表すと、ｄＴ１＜ｄＴ２となり、このときの電気光学特性は、液晶層５５の層厚の違いによりずれた状態となってしまう。
【００１１】
また、この同じ状態は、図５、６には図示されていないが補助容量電極が設けられた領域でも発生している。すなわち、補助容量電極の上方には、通常、層間膜を介して反射層が形成されるが、この補助容量電極が形成された領域の液晶層の層厚と、この補助容量電極からずれた領域での液晶層の層厚とが違った状態になっている。
【００１２】
このため、補助容量電極が設けられた領域でも電気光学特性のズレが発生し、暗状態、階調領域、及び明状態に亘って、均一な表示を実現できず、より高いコントラストを実現することができない課題がある。
【特許文献１】特開２０００−１１１９０２号公報（図１、１４、［０１０６］、［０１１５］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、この従来技術が抱える課題を解決するためになされたもので、その発明の目的は、反射部と透過部とでそれぞれに適した特性を有するカラーフィルター層を１つの表示画素内に形成し、反射部と透過部の両方で明るさと色純度の優れた表示を実現したカラーフィルター層を形成した半透過型液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願の請求項１の発明に係る半透過型液晶表示装置は、液晶層を挟んで互いに対向して配置される第１、第２の基板を有し、前記第１の基板上には各画素内に補助容量電極と、外光を反射する反射部とバックライトからの光を透過する透過部とを有する画素電極が形成され、前記第２の基板上にカラーフィルター層が形成された半透過型液晶表示装置において、前記補助容量電極は前記画素電極の反射部の下方に位置し、前記第２の基板上の各画素内には、カラーフィルター層が形成されていない領域が設けられ、カラーフィルター層が形成されていない領域が前記補助容量電極の上方に配置されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本願の請求項２に係る発明は、請求項１記載の半透過型液晶表示装置において、前記カラーフィルター層が形成されていない領域の面積は、前記補助容量電極の面積の１〜０．１倍の範囲内に選定されることを特徴とする。
【００１６】
また、本願の請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載の半透過型液晶表示装置において、前記カラーフィルター層が形成されていない領域は、所定の幅長を有するスリットであり、前記スリットの長さ方向の中心線が前記補助容量電極上に位置していることを特徴する。
【００１７】
また、本願の請求項４に係る発明は、請求項１又は２記載の半透過型液晶表示装置において、前記カラーフィルター層が形成されていない領域は、所定の大きさを有する円形状乃至四角形状のピンホールで形成されていることを特徴とする。
【００１８】
また、本願の請求項５に係る発明は、請求項４記載の半透過型液晶表示装置において、前記ピンホールは、１個乃至複数個であることを特徴とする。
【００１９】
更に、本願の請求項６に係る発明は、請求項１〜５の何れか１項に記載の半透過型液晶表示装置において、前記反射部は、光を拡散させるように凹凸構造により構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１記載の発明によると、第１の基板に配設された補助容量電極上の反射層は、補助容量電極の配設により盛り上がっても、この部分に対向する第２基板には、カラーフィルター層が形成されず、窪みとなり、この盛り上がりと窪みとで他の領域と液晶層の層厚がほぼ等しく、すなわち、盛り上がり部分と窪み部分が対向した領域における液晶層の層厚と、この補助容量電極からずれた領域での液晶層の層厚とはほぼ等しくなるので、それぞれの領域におけるリタデーションが等しくなる。
【００２１】
その結果、補助容量電極が設けられた領域の液晶層でも、電気光学特性のズレが生ずることなく、暗状態、階調領域、及び明状態に亘って、均一な表示を行うことができ、より高いコントラストの半透過型液晶表示装置を実現できる。
【００２２】
また、請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加え、カラーフィルター層が形成されていない領域の面積は、補助容量電極の面積の１〜０．１倍の範囲内となるように選定することにより、色純度及び明るさを自由に設定することが可能になる。すなわち、この面積が大きくなるのに比例して明るさが増加し、反面色純度は低下するので、この面積を変え、カラーフィルター層が形成されていない領域と色純度の高いカラーフィルター層とを混色することで、反射部と透過部とを有する半透過型液晶表示装置の反射領域において必要な明るさの表示を実現することが可能となる。
【００２３】
また、請求項３記載の発明によれば、カラーフィルター基板のスリットが形成された領域は、スリットを設けたことにより窪んだ状態になり、一方、対向した基板の補助容量電極が設けられた部分は盛り上がるが、このスリットの窪みと、補助容量電極が設けられた部分の盛り上がり部分が互いに対向しその間に液晶層が形成され、スリットが形成されている液晶層の層厚をｄＴ３で表し、カラーフィルター層が形成されている領域の液晶層の層厚をｄＴ４で表すと、ほぼ等しく、ｄＴ３≒ｄＴ４となる。したがって、それぞれの領域におけるリタデーションが等しくなる。
【００２４】
その結果、補助容量電極が設けられた領域の液晶層でも、電気光学特性のズレが生ずることなく、暗状態、階調領域、及び明状態に亘って、均一な表示を実現でき、より高いコントラストを実現することができる。
【００２５】
更に、カラーフィルター層が形成されていない領域をスリットにすることにより、その形状に合わせて、色純度の高いカラーフィルター層とを混色することができるので、反射部と透過部とを有する半透過型液晶表示装置の反射領域において必要な明るさの表示を実現することが可能となる。
【００２６】
また、請求項４記載の発明によれば、請求項１又は２の発明の効果に加え、カラーフィルター層が形成されていない領域を円形乃至四角形状のピンホールにすることにより、これらの形状に合わせ色純度の高いカラーフィルター層とを混色することで、反射部と透過部とを有する半透過型液晶表示装置の反射領域において必要な明るい表示を実現することが可能となる。
【００２７】
請求項５記載の発明によれば、請求項４の発明の効果に加え、カラーフィルター層が形成されていない領域にピンホールを複数個設けることで、この個数に合わせ色純度の高いカラーフィルター層とを混色することで、反射部と透過部とを有する半透過型液晶表示装置の反射領域において必要な明るい表示を実現することが可能となる。
【００２８】
請求項６記載の発明によれば、請求項１〜５記載の発明の効果に加え、反射効率のよい表示を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１は、本発明の一実施形態の半透過型液晶表示装置における液晶パネルを構成する１画素の拡大平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ’線に沿った概略断面拡大図である。
【００３０】
半透過型液晶表示装置を構成する液晶パネル１０は、図２に示すように、互いに対向して配置されたＴＦＴ基板１２とカラーフィルター基板１１間に液晶層４０が形成され、これらの基板のうち、ＴＦＴ基板１２上には、各画素内に補助容量電極ＣＳ、外光を反射する反射部Ｒ、およびバックライト（図示省略）からの光を透過する透過部Ｔとを有する画素電極１８がそれぞれ形成され、カラーフィルター基板１１上には、カラーフィルター層ＣＦが形成されている。
【００３１】
ＴＦＴ基板１２は、透明な絶縁性を有するガラス材からなり、この基板１２上には、図１に示すように、アルミニウムやクロム等の金属からなる複数本のゲートバス配線３２がほぼ等間隔で平行に形成され、また、隣り合うゲートバス線３２間の中央より若干下方には、このゲートバス配線３２とほぼ平行に補助容量電極Ｃｓが形成されている。そして、ゲートバス線３２からはゲート電極Ｇが延設されている。
【００３２】
ＴＦＴ基板１２上には、ゲートバス配線３２、補助容量電極Ｃｓ、及びゲート電極Ｇを覆って窒化シリコンや酸化シリコンなどからなるゲート絶縁膜１３が積層され、このゲート電極Ｇの上には、ゲート絶縁膜１３を介して非晶質シリコンや多結晶シリコンなどからなる半導体層１４が形成される。またゲート絶縁膜１３上には複数本のソースバス配線３４がゲートバス線３２と直交するようにして形成される。また、ソースバス線３４からはソース電極Ｓが延設され、このソース電極Ｓは半導体層１４と接続されている。さらに、ドレイン電極Ｄがゲート絶縁膜１３上に設けられ半導体層１４と接続されている。
【００３３】
ここで、ゲートバス配線３２とソースバス配線３４とに囲まれた領域が１画素に相当する。そしてゲート電極Ｇ、ゲート絶縁膜１３、半導体層１４、ソース電極Ｓ、ドレイン電極Ｄによってスイッチング素子となるＴＦＴ素子１５が構成され、それぞれの画素にこのＴＦＴ素子１５が形成される。この場合、ドレイン電極Ｄと補助容量電極Ｃｓによって補助容量を形成することになる。
【００３４】
ソースバス配線３４、ＴＦＴ素子１５、およびゲート絶縁膜１３を覆って例えば無機の絶縁膜からなる層間絶縁膜１６（保護膜）が積層され、この層間絶縁膜１６上には有機絶縁膜からなる層間膜２０が積層される。そして層間絶縁膜１６と層間膜２０には、ＴＦＴ素子１５のドレイン電極Ｄに対応する位置にコンタクトホール２１が、またＴＦＴ素子１５から離れた位置に溝部２２が長方形状に形成される。この長方形状の溝部２２で透過部Ｔを形成している。
【００３５】
それぞれの画素において、層間膜２０上およびコンタクトホール２１には、アルミニウムからなる反射電極１７が、層間絶縁膜１６とは接触しているがＴＦＴ素子１５のドレイン電極Ｄには接触しないように設けられる。アルミニウムは、反射率が高くかつ低抵抗であるため、反射電極の材料として使用される。この他の反射電極１７の材料としてはアルミニウムを含む合金などでもよい。
【００３６】
そして、ＴＦＴ基板１２の下方には、図示しない周知の光源、導光板、拡散シート等を有するバックライト装置が配置される。
【００３７】
カラーフィルター基板１１上には、全ての画素を覆うように配向膜（図示せず）が積層され、そして各画素に対応してＲ、Ｇ、Ｂ３色のカラーフィルター層ＣＦが形成される。このカラーフィルター層ＣＦは、補助容量電極ＣＳに対向する領域にカラーフィルター層ＣＦが形成されない領域ＣＦＨが設けられる。このカラーフィルター層ＣＦが形成されない領域ＣＦＨは、任意の大きさ及び形状でよいが、例えばスリットや、円形乃至矩形状のピンホールが好ましい。
【００３８】
図３、４は、このカラーフィルター層ＣＦが形成されない領域ＣＦＨの形状を示し、図３は図１のカラーフィルター層ＣＦが形成されない領域ＣＦＨを概略的に示した平面図、図４は他の形状のカラーフィルター層ＣＦが形成されない領域ＣＦＨを概略的に示した平面図である。
【００３９】
カラーフィルター層ＣＦが形成されない領域ＣＦＨがスリットである場合は、図３に示すように、このスリットの長さ方向の中心線Ｌが補助容量電極ＣＳの上に位置するように形成され、補助容量電極ＣＳの面積とほぼ同じ面積か若干小さい面積となるように形成される。
【００４０】
また、カラーフィルター層ＣＦが形成されない領域ＣＦＨが矩形状のピンホールであって、補助容量電極ＣＳの面積より小さい場合は、図４に示すように、補助容量電極ＣＳ上に位置するように形成される。なお、図４には、矩形状カラーフィルター層ＣＦが形成されない領域ＣＦＨが１個のものを示したが、その個数は２個以上であってもよい。
【００４１】
本発明では、カラーフィルター層ＣＦが形成されていない領域をできるだけ補助容量電極と重なる領域内に設けることが望ましい。図３では画素内において、カラーフィルター層ＣＦが形成されない領域の大部分（約８０％以上）が補助容量電極と重なる領域内にあれば、本発明の効果を有することができる。
【００４２】
カラーフィルター層ＣＦが形成されない領域を補助容量電極と重なる領域内に設ける場合、各画素内において、カラーフィルター層ＣＦが形成されない領域の面積を補助容量電極の面積の１〜０．１倍の範囲内に選定することが望ましい。この面積を１〜０．１倍の範囲内に選定することにより、色純度及び明るさを自由に設定することが可能になる。面積比が１となる１例としては、１画素電極内において補助容量電極上の全ての領域にカラーフィルター層ＣＦが形成されない領域が存在することである。すなわち、この面積比が大きくなる（１に近づく）に比例して明るさが増加し、反面色純度は低下するので、この面積比を変え、カラーフィルター層が形成されていない領域と色純度の高いカラーフィルター層とを混色することで、反射部と透過部とを備えた半透過型液晶表示装置の反射領域において必要な明るさの表示を実現することが可能となる。
【００４３】
カラーフィルター層ＣＦが形成されない領域ＣＦＨが形成されたカラーフィルター層ＣＦ上は、光透過性を有する絶縁膜３０で覆われ、その上に対向電極１９が形成される。この対向電極１９にはＩＴＯを用いた透明電極材が使用される。
【００４４】
このカラーフィルター基板１１は、ＴＦＴ基板１２と対向させ、両基板１１、１２を貼り合わせ、両基板間に液晶が注入され液晶層４０を形成することにより半透過型の液晶パネルとなる。
【００４５】
この構成によると、カラーフィルター基板１のカラーフィルター層ＣＦが形成されない領域ＣＦＨが形成された領域は、この領域ＣＦＨを設けたことにより窪んだ状態になっており、一方、ＴＦＴ基板１２の補助容量電極ＣＳが設けられた部分は盛り上がっている。そして、カラーフィルター層ＣＦが形成されない領域ＣＦＨの窪みと補助容量電極ＣＳが設けられた部分の盛り上がり部分が対向し、その間に液晶層４０が形成される。
【００４６】
そこで、カラーフィルター層ＣＦが形成されない領域ＣＦＨが形成されている液晶層４０の層厚をｄＴ３で表し、カラーフィルター層１１が形成されている領域の液晶層４０の層厚をｄＴ４で表すと、ほぼ等しく、ｄＴ３≒ｄＴ４となる。したがって、カラーフィルター層が形成されている液晶層の層厚とカラーフィルター層が形成されていない領域の液晶層の層厚とがほぼ等しくなるので、それぞれの領域におけるリタデーションが等しくなる。
【００４７】
その結果、補助容量電極が設けられた領域の液晶層でも、電気光学特性のズレが生ずることなく、暗状態、階調領域、及び明状態に亘って均一な表示を実現でき、より高いコントラストを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態の半透過型液晶表示装置における液晶パネルを構成する１画素の拡大平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線に沿った概略断面拡大図である。
【図３】図１のカラーフィルター層ＣＦが形成されない領域ＣＦＨを概略的に示した平面図である。
【図４】他の形状のカラーフィルター層ＣＦが形成されない領域ＣＦＨ概略的に示した平面図である。
【図５】従来技術の半透過型液晶表示装置の平面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ’線部に沿った断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０    液晶パネル
１１    カラーフィルター基板
１２    ＴＦＴ基板
１５    ＴＦＴ素子
１６    層間絶縁膜（保護膜）
１７    反射電極
１８    透明電極
２２    溝部
２６    反射電極
３２    ゲートバス配線
３４    ソースバス配線
４０    液晶層
Ｃs     補助容量電極
ＣＦ    カラーフィルター層
ＣＦＨ    カラーフィルター層ＣＦが形成されない領域
Ｄ      ドレイン電極
Ｇ      ゲート電極
Ｓ      ソース電極
【図１】
2005157103.tif 000003
【図２】
2005157103.tif 000004
【図３】
2005157103.tif 000005
【図４】
2005157103.tif 000006
【図５】
2005157103.tif 000007
【図６】
2005157103.tif 000008